基于Cu膜退火的SiC衬底上侧栅石墨烯晶体管制作方法

摘要

本发明公开了一种基于Cu膜退火的SiC衬底上侧栅石墨烯晶体管制作方法，主要解决现有技术制作的石墨烯晶体管电子迁移率降低和栅介质引起顶层石墨烯屏蔽、介质击穿的问题。其实现步骤是：(1)清洗SiC样片；(2)在SiC样片上淀积SiO₂，并按照侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极和沟道的图形刻出窗口；(3)将开窗后的样片置于石英管中，与气态CCl₄与裸露的SiC反应，生成碳膜；(4)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中去除窗口以外的SiO₂；(5)将去除SiO₂后的样片置于Cu膜上，并在Ar气中退火使碳膜在窗口处生成石墨烯，再取下Cu膜；(6)在石墨烯表面蒸发淀积金属Pd/Au层并光刻形成侧栅石墨烯晶体管金属接触。本发明制作的侧栅石墨烯晶体管载流子迁移率高，且能有效防止栅介质引起的介质击穿和顶层石墨烯屏蔽。

主权项

一种基于Cu膜退火的SiC衬底上侧栅石墨烯晶体管制作方法，包括以下步骤：(1)对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物；(2)在清洗后的SiC样片表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积一层0.4‑1.2μm厚的SiO₂，作为掩膜；(3)按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极G、源极S、漏极D、导电沟道位置制作成光刻版；再在SiO₂掩膜表面以旋涂一层丙烯酸树脂PMMA溶液并烘烤，使其与掩膜紧密结合在一起；用电子束对PMMA曝光，将光刻板上的图形转移到SiO₂掩膜上；使用缓冲氢氟酸对曝光后的SiO₂掩膜层进行腐蚀，露出SiC，得到与侧栅图形相同的窗口；(4)将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅和石英管组成的反应装置，再对石英管加热至800‑1000℃；(5)对装有CCl₄液体的三口烧瓶加热至60‑80℃，再向三口烧瓶中通入流速为50‑80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl₄蒸汽进入石英管中，使CCl₄与裸露的SiC反应30‑120min,生成碳膜；(6)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO₂；(7)将去除SiO₂后的碳膜样片置于Cu膜上，再将它们一同置于Ar气中，在温度为900‑1100℃下退火15‑25分钟，使碳膜在窗口位置重构成具有侧栅图形的石墨烯，同时形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道；(8)将Cu膜从石墨烯样片上取开；(9)在具有侧栅图形的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd/Au接触层；(10)按照侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；再将浓度为7％的PMMA溶液旋涂于金属层上，并置于烘箱中在200℃下烘烤80s，使其与金属层紧密接触，用电子束曝光PMMA，将光刻版上图形转移到金属接触层上；以氧气作为反应气体，使用反应离子刻蚀RIE刻蚀曝光后的金属接触层，得到侧栅石墨烯晶体管的侧栅电极、源电极和漏电极；(11)使用丙酮溶液浸泡样品10分钟以去除PMMA，取出后烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。